目前國內很多人認為,裝配式建筑的整體性差,抗震性能不好。事實上,現(xiàn)代的裝配式房屋可以達到與整體現(xiàn)澆結構相同的抗震性能。
2008年汶川地震以后,國內抗震規(guī)范《建筑抗震設計規(guī)范GS50011-2010》3.5.4條修訂增加了“多、高層的混凝土樓、屋蓋宜優(yōu)先采用現(xiàn)澆混凝土板。當采用預制裝配混凝土樓、屋蓋時,應從樓蓋體系和構造上采取措施,確保各預制板之間連接的整體性”的條文。實際上該規(guī)范并沒有否定預制構件的采用,只是要求保證連接的整體性。
大量資料證明,建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化房屋在設計、構件制作和施工過程中都考慮了抗震設計和抗震設防問題,并采用成熟技術實現(xiàn)鋼筋連接,結構節(jié)點采用現(xiàn)澆方式,在合理選擇設計體系和節(jié)點處理后是抗震的,詳細資料可參閱深圳市住房和建設局與亞洲混凝土協(xié)會合編的《國外工業(yè)化建筑的經(jīng)驗文集》一書。
采用工業(yè)化生產(chǎn)線,整個主產(chǎn)效率可以提高35倍,質量完全可控,所有的鋼筋水妮、預留預埋都是精準到位的,精度從厘米級上升到毫米級,這是傳統(tǒng)方式生產(chǎn)的模板無法比擬的。質量和生產(chǎn)進度都是有保證的。另外還可制作藝術混凝土,建筑的外立面在工廠就可以全部做好,安裝時不需要現(xiàn)場外圍作業(yè),建筑外裝飾面、結構層、保溫層都在工廠一次成型,這種質量要比施工現(xiàn)場手工作業(yè)要高很多。其理念是:盡量把施工現(xiàn)場由工人來操作的復雜的工藝工法,都轉移到工廠中由機器來完成。在施工方面,按照建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化綠色施工方法能實現(xiàn)五大變革——手工到機械,工地到工廠,施工到組裝,農(nóng)民工到產(chǎn)業(yè)工人,技術工人到操作工,從而實現(xiàn)質星可控、進度可控、成本可控。
提高建筑質量、降低消耗、減少污染、促進建筑產(chǎn)業(yè)協(xié)調可持續(xù)發(fā)展。改善居住環(huán)境質量,最終的受益者是消費者。因此,推進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化需要政府、企業(yè)、社會共同推動,形成政府支持、企業(yè)推進、消費引導的市場互動機制,實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展、企業(yè)獲利和消費者受益的共贏局面。要讓老百姓實實在在地感受到產(chǎn)業(yè)化工作帶來的成效,感受到提高住宅質量、科技含量對提高居住質量、住宅保值增值帶來的實惠。
保障性住房等政府投資項目和綠色建筑示范項目應率先開展建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化試點和新建住宅全裝修示范工作,新開工的保障性住房和棚戶區(qū)改造安置住房可大力推廣應用預制疊合樓板、預制樓梯、陽臺板、空調板和廚衛(wèi)一體化等部品部件,采用工業(yè)化程度較高的結構體系。采用建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化方式建造保障房,可方便使用中的維修更換,全面提高保障房的品質;可體現(xiàn)大規(guī)模、標準化建造帶來的低成本優(yōu)勢;可大大縮短設計和施工時間,加快保障房建設速度;可提高節(jié)能減排效益,促進技術創(chuàng)新。
工業(yè)化是建筑業(yè)傳統(tǒng)模式的一項改變,它不能理解為簡單的采用預制構件,還應包括設計、部品的預制和施工各個階段傳統(tǒng)模式的改變,是涉及建筑全過程的改變。因此,衡量建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化項目的工業(yè)化程度要全面考核。
設計階段是建筑物采用工業(yè)化的主導,所以設計階段對工業(yè)化程度最重要,它的評分占工業(yè)化程度比例也應最大,通常占50%左右。
部品的預制階段服從于設計,但是有三點是影響工業(yè)化水平的:一是產(chǎn)品的質量和精度,二是集成化程度,三是預制生產(chǎn)的用工量。構件的質量和精度影響現(xiàn)場的裝修,反映為構件的精裝程度。集成化就是把不同功能的構件集合起來,比如把陽臺板和樓板合并,把遮陽板和外墻板合并。集成化程度反映為構件的總數(shù)量,影響日后的施工安裝速度。用工量考核是不是真正實現(xiàn)了工業(yè)化的效果。現(xiàn)在有個誤區(qū),似乎只要把構件在工廠里制造就是工業(yè)化了,不去注意操作的機械化。變得只是把原來傳統(tǒng)方法的高空作業(yè)搬到工廠的地面上來做,用工量沒有減少,反而使得工業(yè)化建筑平白增加了一個運輸和安裝的工序。所以對預制階段的這些影響因素也要評分,但它占工業(yè)化程度的比例應比較低,占25%-30%左右是合理的。
施工安裝階段評價內容可能有:每個構件的吊裝和固定時間、節(jié)點現(xiàn)場處理時間、反映管理和組織水平的運輸車等待時間、現(xiàn)場三廢處理程度等。它占工業(yè)化程度的比例在20%-25%左右是合理的。
和傳統(tǒng)的建造方式相比,建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化對建筑的建造方式,變化是根木性的也是革命性的,傳統(tǒng)的建造方式主要是靠建筑工人在現(xiàn)場采取現(xiàn)澆的方式建造,用工較多,工期較長,對資源能源盼8耗大,對環(huán)境的影響也較大,包括噪聲的污染、建筑垃圾的產(chǎn)生、施工揚塵等。此外,由于質量靠人工現(xiàn)場控制,而工人素質參差不齊,質量安全也難以控制。而目前普遍存在的“用工荒”現(xiàn)象及較高的勞動力成本,也將使施工企業(yè)面臨不可持續(xù)的困境。
建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化將帶來五方面的變化:
一是建造方式的根本變化,也就是“像造汽車一樣造房子”,運用現(xiàn)代工業(yè)化的生產(chǎn)方式來代替和改造傳統(tǒng)的手工勞動及濕作業(yè)的生產(chǎn)方式,有利于提高工程建設效率和勞動生產(chǎn)率,提高施工機械裝備水平和施工水平,從而促進建筑產(chǎn)業(yè)的集聚和集約發(fā)展,實現(xiàn)包容性增長,提升產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。
二是建筑質量水平的大幅度提升,采用建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化方式,將絕大部分構件、部品、節(jié)點在工廠工業(yè)化預制.現(xiàn)場采用流程化、工法化的連接、安裝技術,可以不受建造季節(jié)氣候影響,大幅提高產(chǎn)品質量和整體質量,建造“百年建筑”。
三是人居環(huán)境將得到明顯改善。由于建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的建造方式大部分工作是在工廠完成的,施工現(xiàn)場將以機械安裝為主,因此現(xiàn)場施工環(huán)境將會大大改善,噪音、垃圾、揚塵等污染會大大降低。
四是生產(chǎn)效率將得到提升。隨著機械裝備率的提高,施工周期將會大大縮短。
五是建筑產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)轉型升級。隨著建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的推進,必將促進全產(chǎn)業(yè)鏈的轉型升級,對于加快轉變發(fā)展方式,促進新型城鎮(zhèn)化、工業(yè)化和信息化融合發(fā)展,推動建筑業(yè)轉型發(fā)展,助力新型城鎮(zhèn)化和城鄉(xiāng)發(fā)展一體化都具有重要意義。
建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化技術體系主要包括預制混凝土(PC)結構體系、鋼結構體系、鋼與混凝土組合結構體系、木結構體系等類型。
預制混凝土(PC)結構體系包括內澆外掛剪力墻結構體系、疊合板剪力墻結構體系、預制裝配整體式剪力墻結構體系、預制裝配式框架結構體系、裝配整體式框架-剪力墻結構、全預制裝配整體式剪力墻結構體系等。
鋼結構體系包括鋼框架體系、鋼框架-混凝土剪力墻(核芯筒)體系。輕鋼輕板結構住宅體系、輕鋼龍骨(冷彎薄壁型鋼)體系、空間錯列析架結構體系等。對重工業(yè)的單層工業(yè)廠房適合采用鋼花鋼屋架的鋼排架結構體系;在低層住宅中,可采用輕鋼龍骨結構體系;大跨度公共建筑宜采用空間鋼結構;高層建筑適宜采用鋼筋混凝土筒體+鋼外框架的混合結構體系。
木結構因為是由天然材料所組成,受材料本身條件的限制,因而木結構多用在民用和中小型工業(yè)廠房的建造中。木屋構造結構包括木屋架、支撐系統(tǒng)、吊頂、掛瓦條及屋面板等。木材是一種取材容易,加工簡便的結構材料。木結構自重較輕,木構件便于運輸、裝拆,能多次使用,故廣泛地用于房屋建筑中,也還用于橋梁和塔架。近代膠合木結構的出現(xiàn),更擴大了木結構的應用范圍。
建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化技術體系的建立,必須要有四項支撐條件:第一是標準化、一體化、信息化的建筑設計方法;第二是與主體結構相適應的預制構件生產(chǎn)工藝;第三是一整套成熟適用的建筑施工工法;第四是切實可行的檢驗、驗收的質量保障措施。
“預制混凝土結構”(Prefabricated Concrete Structure)即PC,是以預制混凝土構件為主要構件,經(jīng)裝配、連接,結合部分現(xiàn)澆而形成的混凝土結構。
目前國內代表性的預制混凝土(PC)結構體系包括:南京大地建設集團有限責任公司的“預制預應力混凝上裝配整體式框架結構體系”:北京萬科企業(yè)有限公司的“裝配整體式剪力墻結構體系”;中南集團“全預制裝配整體式剪力墻結構(NPC)體系”;西偉德寶業(yè)混凝上預制件(合肥)有限公司的“疊合板裝配整體式混凝土結構體系”:臺灣潤泰集團的“預制裝配式框架結構”;黑龍江宇輝建設集團的“預制裝配整體式混凝土剪力墻結構體系”等。
PC結構以混凝土預制構件為主要構件,經(jīng)裝配、連接以及部分現(xiàn)澆而成。這種結構的主要構件可以在工廠里生產(chǎn)到現(xiàn)場組裝,比傳統(tǒng)工期縮短了三分之一,因為建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的量產(chǎn),施工簡易化減少了勞動力,建設費用也降低不少。根據(jù)構件的標準化規(guī)格化,使生產(chǎn)工業(yè)化成為可能,實現(xiàn)批量生產(chǎn)。設備、配管、窗框、外裝等均可以與一體生產(chǎn),可得到很高的施工精度。由于工廠嚴格管理和長期生產(chǎn),可以得到品質均一的構件產(chǎn)品等優(yōu)勢。
從歷史上來看,這種裝配式的結構體系在我國并不陌生。在50年代,我國就開始推廣裝配式房屋的發(fā)展,當時我國住房緊缺問題突出,裝配式大板結構體系發(fā)展得較為迅速,但由于當時技術、經(jīng)濟、裝備發(fā)展水平有限,房屋的質量和抗震性能不足,裝配式大板住宅樣式較為單一,難以滿足人們對戶型的要求,80年代末,裝配式大板住宅逐漸退出了歷史舞臺。經(jīng)過30多年發(fā)展,現(xiàn)在PC從技術、到裝備都與那個時期不可同日而語,從建筑質量、抗震性、防水、隔音等方面都有了質的飛躍。
預制混凝上(PC)建筑建造速度較快,主要是因為在下列各階段節(jié)約了時間。
商務:建筑結構范圍內,甲方只需跟一個預制件產(chǎn)品供應商以及施工單位簽訂合同,省去了和泥沙、水泥、鋼筋等各類原材料供應商談判協(xié)調的時間。
工地準備:在工地現(xiàn)場做項目的相關準備工作時,建筑構件可以同時在工廠里生產(chǎn),壓縮了整個建筑時間。
設計:隨著3D設計軟件的不斷現(xiàn)代化,預制件體系的設計也變得更加直觀和高效便捷。
施工:嚴寒的冬天也不妨礙預制件的質量和安裝,相比現(xiàn)澆混凝土受制于工地的溫度,預制件受天氣影響小,能一年四季施工,保證工期按計劃進行。
裝修:快速的主體結構安裝和封閉為后續(xù)室內作業(yè)的盡早啟動提供了條件。
防火:預制件本身的防火功能避免了防火處理的時間。
以鋼材制作為主的結構,是主要的建筑結構類型之一。鋼材的特點是強度高、自重輕、剛度大,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜;材料勻質性和各向同性好,屬理想彈性體,最符合一般工程力學的基木假定;材料塑性、韌性好,可有較大變形,能很好地承受動力荷載;建筑工期短;其工業(yè)化程度高,可進行機械化程度高的專業(yè)化生產(chǎn);加工精度高、效率高;密閉性好,故可用于建造氣罐、油罐和變壓器等。其缺點是耐火性和耐腐性較差。主要用于重型車間的承重骨架、受動力荷載作用的廠房結構、板殼結構、高聳電視塔和桅桿結構、橋梁和倉庫等大跨度結構、高層和超高層建筑等。鋼結構今后應研究高強度鋼材,大大提高其屈服點強度;此外要軋制新品種的型鋼,例如H型鋼(又稱寬翼緣型鋼)和T型鋼以及壓型鋼板等以適應大跨度結構和超高層建筑的需要。